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0引言
我公司于2005年底立項興建4條5000t/d的新型干法水泥生產(chǎn)線,4條生產(chǎn)線都考慮了余熱發(fā)電功能。其關(guān)鍵設(shè)備有:窯主傳動控制系統(tǒng),窯頭、窯尾噴煤系統(tǒng),入窯入庫斗提系統(tǒng),生料立磨系統(tǒng),熟料斜拉鏈系統(tǒng),DCS計算機集散控制系統(tǒng)。第1條生產(chǎn)線已于2006年8月27日一次性點火生產(chǎn)成功,第2條生產(chǎn)線于2007年12月3日建成投產(chǎn),第3、4條生產(chǎn)線已實現(xiàn)了三通一平工作。
1自動控制系統(tǒng)簡介
系統(tǒng)選用德國某公司的PCS7過程控制系統(tǒng)。PCS7是集DCS、總線I/O以及PLC為一體的新型全集成控制系統(tǒng)。
1.1PCS7的主要特點
PCS7的主要特點有:
(1)徹底打破DCS和PLC的界限。由于DCS的控制器和PLCS7-400系列的高檔控制器在硬件上是相同的,因此在硬件上兩者徹底兼容,從而解決了硬件平臺不一樣的問題。該系統(tǒng)的上位機軟件采用公司的工控組態(tài)軟件WINCC-V6.1;下位控制站采用AS416-3和最新分布式模塊ET200M系列自動化產(chǎn)品;現(xiàn)場連接采用工業(yè)以太網(wǎng)和4?20mA信號。系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于DCS釆用SIEMENS統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),DCS的控制器、監(jiān)控站和工程師站都可以直接和PLC通過網(wǎng)絡(luò)工業(yè)以太網(wǎng)相連。
(2)實現(xiàn)了軟件的統(tǒng)一。PCS7的主要組態(tài)工具為CFC(模擬控制的組態(tài))和SFC(邏輯控制的組態(tài)),同時保留了語句表和梯形圖的編程方式。各種不同編程方式所組態(tài)的用戶程序,可通過編譯生成統(tǒng)一的程序塊,經(jīng)過有關(guān)OB塊的調(diào)用后即可執(zhí)行。由于實現(xiàn)了軟件的統(tǒng)一,因此在DCS的工程師站上可以對系統(tǒng)的控制器、監(jiān)控站進行編程和組態(tài),也可以對整個項目中所有的PLC進行編程和組態(tài),同時,可以將整個項目有關(guān)的組態(tài)信息如I/O點、I/O范圍(如量程范圍、信號制式等)、聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的地址、現(xiàn)場設(shè)備的設(shè)置參數(shù)等都統(tǒng)一地存儲在一個項目唯一的組態(tài)文件中。并且這些組態(tài)信息可以下載到DCS和PLC的控制器中。
(3)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上的各現(xiàn)場控制站之間沒有主從之分,相互之間均能對等傳輸數(shù)據(jù),任何一個控制站發(fā)生故障均不會影響到其它控制站的正常運行,并能擴充到最大站。連接到數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)上的任一系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生故障,不會導(dǎo)致通信系統(tǒng)癱瘓或影響其它聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的工作;通信總線的故障不會引起機組跳閘或造成分散控制單元不能正常工作。
1.2主要測控內(nèi)容
DCS系統(tǒng)共分為6個PLC現(xiàn)場控制站。LCS00;原料處理控制站;LCS01:原料粉磨控制站;LCS02:燒成窯尾及窯中控制站;LCS03:燒成窯頭控制站;LCS04:水泥粉磨控制站;LCS05:煤粉制備及輸送控制站;LCS06:水泥包裝、散裝控制站。
2自動控制系統(tǒng)的主要控制方案
2.1通用設(shè)備的控制方案
通用設(shè)備主要指普通電動設(shè)備和電動閥門,它們的控制方案如下:
(1)普通電動設(shè)備的控制。當(dāng)設(shè)備的備妥信號為1時,控制系統(tǒng)允許中央控制室操作員從操作畫面上啟動相應(yīng)的設(shè)備,否則,系統(tǒng)將彈出相應(yīng)的提示信息,禁止操作員從操作畫面上啟動相應(yīng)的設(shè)備。當(dāng)設(shè)備運行信號為1時,系統(tǒng)認為該設(shè)備已經(jīng)啟動,控制畫面上將有相應(yīng)的反應(yīng)(如設(shè)備顏色由黃色變?yōu)榫G色)。
如果設(shè)備的啟停與其它設(shè)備的啟停有連鎖關(guān)系,那么當(dāng)運行信號的上升沿到達時,系統(tǒng)將按照連鎖關(guān)系啟動其上游設(shè)備;當(dāng)運行信號的下降沿到達時,系統(tǒng)將按照連鎖關(guān)系關(guān)閉其下游設(shè)備。
電動閥門的控制。對于模擬量電動閥門,當(dāng)控制(2)程序收到改變閥門開度的命令時,控制程序?qū)⒈容^實際值和設(shè)定值,如果實際值大于設(shè)定值,那么控制程序?qū)l(fā)出反轉(zhuǎn)信號,閥門關(guān)小;如果實際值小于設(shè)定值,那么控制程序?qū)l(fā)出正轉(zhuǎn)信號,閥門開大。當(dāng)閥門開度達到設(shè)定值時,控制程序?qū)⒄D(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)信號置零。對于開關(guān)量電動執(zhí)行器,當(dāng)上限或下限信號的上升沿到達時,控制程序則會將正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)信號置零。
2.2有特殊要求的設(shè)備控制方案
有特殊要求的設(shè)備的控制方案如下:
(1)庫滿自動停機控制。當(dāng)物料入庫輸送設(shè)備運行時,如果料位高度超過上限值,那么系統(tǒng)自動按停機順序關(guān)閉物料輸送設(shè)備。
(2)單調(diào)速皮帶秤的自動穩(wěn)流控制?,F(xiàn)場配料站的單調(diào)速皮帶秤檢測每臺秤體的重量和速度信號,計算出實時流量值后與各秤體的流量設(shè)定值相比較,通過PID控制調(diào)整每臺秤體的轉(zhuǎn)速,使得每臺秤體的實時流量與設(shè)定流量一致。
(3)雙調(diào)速皮帶秤的自動穩(wěn)流控制。配料站雙調(diào)速皮帶秤的自動穩(wěn)流控制是指預(yù)給料輸送設(shè)備和調(diào)速皮帶秤實現(xiàn)雙調(diào)速功能,稱重傳感器仍安裝在調(diào)速皮帶秤上,但調(diào)速皮帶秤控制器上的流量輸出信號又作為預(yù)給料設(shè)備的控制給定信號,進一步調(diào)節(jié)預(yù)給料設(shè)備的自動控制功能,從而達到自動穩(wěn)流的目的。
(4)磨機啟??刂苹芈贰"傧∮驼镜蛪罕每刂?。磨機啟動前,系統(tǒng)啟動低壓油泵并監(jiān)測低壓供油壓力,當(dāng)壓力低于0.2MPa時,系統(tǒng)啟動備用低壓泵;當(dāng)壓力高于0.3MPa時,系統(tǒng)關(guān)閉備用泵;當(dāng)壓力超過0.4MPa時,系統(tǒng)發(fā)出報警。②稀油站高壓泵控制(1)損壞,或者是控制程序有問題,要么是輸出地址出錯,要么是啟動條件不滿足;如果有變化,那么就要査看抽屜柜中控制回路、驅(qū)動用的中間繼電器線圈是否燒壞,或者是驅(qū)動用的中間繼電器觸點接觸是否可靠。
(2)查找PLC輸出端子是否松動,PLC至抽屜柜的接線端子是否松動,抽屜柜的二次插件是否接觸不良或錯位。
3.2操作站上顯示的參數(shù)值與現(xiàn)場的實際值不同
現(xiàn)場各運行參數(shù)的釆集有兩種方式:參數(shù)由現(xiàn)場設(shè)備控制器直接或經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成4?20mA信號送到PLC的模擬量輸入模塊;參數(shù)由釆集點相應(yīng)的傳感器(如交流互感器)直接或經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換后送入PLC的輸入模塊。不論哪種方式,當(dāng)中央控制室操作站上顯示的參數(shù)值與現(xiàn)場的實際值不相符時,可按如下方法進行故障査找:
(1)檢測設(shè)備端輸出的電流正確與否。若不在4?20mA的范圍之內(nèi),則檢查傳感器和變送器是否已損壞(用校驗儀進行校驗)或檢査傳感器量程范圍是否與變送器一致。
(2)檢査PLC輸入端的電流信號與設(shè)備輸出端的電流信號是否一致。若不同,則4?20mA電流信號在傳輸過程中有可能因受到電磁場或電磁波的干擾而衰減或增強,應(yīng)排除干擾源及檢查線路的屏蔽和計算機系統(tǒng)的接地情況;若一致,則要查找中央控制室工程師站中的參數(shù)變比設(shè)置是否正確,量程范圍是否與現(xiàn)場變送器一致,在工程師站中調(diào)出控制程序更改參數(shù)變比設(shè)置或量程范圍。
(3)檢査PLC的I/O模塊是否有故障。在安裝調(diào)試過程中,若處理不當(dāng),往往會有強電或感應(yīng)電串入模擬量輸入模塊,造成輸入通道燒壞。在線更換通道后,往往就能解決問題。
(4)當(dāng)傳感器損壞需要更換傳感器時,不要隨意換用其它量程的傳感器,否則會影響此工藝參數(shù)的測量精度及中央控制室操作站所顯示的數(shù)值。
(5)當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備輸出的4?20mA電流信號通過信號隔離器再輸入至PLC的輸入端時,若兩者的信號不一致,則往往是信號隔離器存在信號衰減??蓪o源信號隔離器更換為有源信號隔離器,消除衰減現(xiàn)象。
(6)設(shè)備輸出帶負載能力不強。
(7)傳感器的4mA對應(yīng)點不是0值。磨機啟動前,系統(tǒng)開啟高壓泵,正常運行l(wèi)Omin后,系統(tǒng)啟動磨機,15min后系統(tǒng)關(guān)閉高壓泵;磨機停機前,系統(tǒng)開啟高壓泵,正常運行l(wèi)Omin后,系統(tǒng)關(guān)閉磨機,15min后關(guān)閉高壓泵。③稀油站油溫控制。磨機啟動前,系統(tǒng)檢測油溫是否高于10€,若低于10。則不予啟動并開啟電加熱器。磨機啟動后,系統(tǒng)監(jiān)測油溫,當(dāng)溫度低于2O'C時,系統(tǒng)啟動電加熱器;當(dāng)溫度高于30'C時,系統(tǒng)停止電加熱器;當(dāng)溫度高于65'C時,系統(tǒng)發(fā)出報警。
3系統(tǒng)調(diào)試和維護
3.1設(shè)備狀態(tài)與監(jiān)控畫面的開關(guān)狀態(tài)不一致
現(xiàn)場設(shè)備控制有中央控制方式和現(xiàn)場控制方式。但不論哪種方式,設(shè)備的運行狀態(tài)都被傳送到中央控制室操作站,當(dāng)設(shè)備狀態(tài)與監(jiān)控畫面的開關(guān)狀態(tài)不一致時,系統(tǒng)報警。不一致的原因有兩種:現(xiàn)場手動而中央控制室開關(guān)處于關(guān)狀態(tài);現(xiàn)場設(shè)備不受控制(其狀態(tài)與中央控制室下達的命令不一致)。當(dāng)出現(xiàn)后一種情況時,應(yīng)及時查找原因。查找方法有以下兩種:
查看與此設(shè)備相關(guān)的PLC相應(yīng)輸出模塊燈的狀態(tài)是否有變化。如果無變化,那么有可能是輸出模塊的通道已(1)損壞,或者是控制程序有問題,要么是輸出地址出錯,要么是啟動條件不滿足;如果有變化,那么就要査看抽屜柜中控制回路、驅(qū)動用的中間繼電器線圈是否燒壞,或者是驅(qū)動用的中間繼電器觸點接觸是否可靠。
(2)查找PLC輸出端子是否松動,PLC至抽屜柜的接線端子是否松動,抽屜柜的二次插件是否接觸不良或錯位。
3.2操作站上顯示的參數(shù)值與現(xiàn)場的實際值不同
現(xiàn)場各運行參數(shù)的釆集有兩種方式:參數(shù)由現(xiàn)場設(shè)備控制器直接或經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成4?20mA信號送到PLC的模擬量輸入模塊;參數(shù)由釆集點相應(yīng)的傳感器(如交流互感器)直接或經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換后送入PLC的輸入模塊。不論哪種方式,當(dāng)中央控制室操作站上顯示的參數(shù)值與現(xiàn)場的實際值不相符時,可按如下方法進行故障査找:
(1)檢測設(shè)備端輸出的電流正確與否。若不在4?20mA的范圍之內(nèi),則檢查傳感器和變送器是否已損壞(用校驗儀進行校驗)或檢査傳感器量程范圍是否與變送器一致。
(2)檢査PLC輸入端的電流信號與設(shè)備輸出端的電流信號是否一致。若不同,則4?20mA電流信號在傳輸過程中有可能因受到電磁場或電磁波的干擾而衰減或增強,應(yīng)排除干擾源及檢查線路的屏蔽和計算機系統(tǒng)的接地情況;若一致,則要查找中央控制室工程師站中的參數(shù)變比設(shè)置是否正確,量程范圍是否與現(xiàn)場變送器一致,在工程師站中調(diào)出控制程序更改參數(shù)變比設(shè)置或量程范圍。
(3)檢査PLC的I/O模塊是否有故障。在安裝調(diào)試過程中,若處理不當(dāng),往往會有強電或感應(yīng)電串入模擬量輸入模塊,造成輸入通道燒壞。在線更換通道后,往往就能解決問題。
(4)當(dāng)傳感器損壞需要更換傳感器時,不要隨意換用其它量程的傳感器,否則會影響此工藝參數(shù)的測量精度及中央控制室操作站所顯示的數(shù)值。
(5)當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備輸出的4?20mA電流信號通過信號隔離器再輸入至PLC的輸入端時,若兩者的信號不一致,則往往是信號隔離器存在信號衰減。可將無源信號隔離器更換為有源信號隔離器,消除衰減現(xiàn)象。
(6)設(shè)備輸出帶負載能力不強。
(7)傳感器的4mA對應(yīng)點不是0值。對模擬量參數(shù)的輸出故障査找方法與3.2類似。
3.3各種配料秤、喂料秤和溫度自動控制PID的調(diào)節(jié)
各種配料秤、喂料秤和溫度自動控制PID的調(diào)節(jié)如下:
(1)如果中央控制操作站給定的參數(shù)沒有變動,而從現(xiàn)場返回的數(shù)值波動卻很大,那么應(yīng)先檢査現(xiàn)場機械設(shè)備或現(xiàn)場工藝是否有異常(如物料下料是否堵塞,是否有機械卡位現(xiàn)象等),再檢査是否有干擾。
(2)如果中央控制操作站給定的參數(shù)值改變之后,控制結(jié)果出現(xiàn)較長時間一定幅度的等幅波動現(xiàn)象,那么此時就必須對PID參數(shù)作出適當(dāng)?shù)男薷?。修改方法一般是先?個參數(shù),觀察約15min左右,若調(diào)節(jié)性能還不十分理想,則再對另一個參數(shù)進行修改,如此反復(fù)多次,即可找到較為理想的PID參數(shù)值;如果同時調(diào)節(jié)PID三個參數(shù),往往得不到理想的調(diào)節(jié)效果。
(3)對于配料秤和喂料秤,如果中央控制操作站給定的參數(shù)值為0后,中央控制室操作站仍然出現(xiàn)有反饋值,那么應(yīng)檢査荷重傳感器是否因過載而損壞。
3.4PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)維護
PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)常見故障可從以下幾方面解決:
(1)如果中央控制室操作站上顯示的全部數(shù)據(jù)和畫面變暗變虛,那么表明上位機與現(xiàn)場控制站的網(wǎng)絡(luò)通信已中斷。應(yīng)査看對應(yīng)現(xiàn)場控制站PLC的電源是否運行正常;PLC站上的CPU和CP443-1通信模塊是否都處于正常工作狀態(tài),有無故障燈亮,TRANSCEIVER的發(fā)送和接收燈是否在閃爍等。
(2)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷時,重啟計算機或重啟現(xiàn)場控制站的CPU往往能夠消除掉線現(xiàn)象。如果依然無法聯(lián)接上,同時(1)中的各種現(xiàn)象都正常,那么應(yīng)檢查網(wǎng)線是否斷開,光纖盒的跳線接口是否松動,光纖盒跳線中的發(fā)送和接收是否接反。若線路無故障,則可以嘗試更換TRANSCEIVER或更換微機中的3C509網(wǎng)卡,這往往能消除掉線現(xiàn)象。
出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷,不排除現(xiàn)場控制站各有源總線模塊IM153-2±的通信地址撥碼被人為改動,檢査現(xiàn)場控制站各有源總線模塊上的通信地址是否按遞進順序進行排列。
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